ГИПЕРБОЛИЧЕСКИЕ РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Гиперболические РНС. (еще называют, разностно-дальномерные системы), дают возможность измерять разность расстояний от судна до двух расположенных на берегу радиотехнических устройств. По разности расстояний на карту наносится изолиния, которая представляет собой гиперболу. В фокусах гиперболы расположены излучающие устройства. Гиперболические РНС на импульсные и фазовые и обслуживают дальнюю навигацию.

Импульсная гиперболическая РНС состоит из двух мощных береговых передатчиков, и приемника-индикатора, установленного на судне. Импульсную систему называют системой «Лоран».

Передатчики излучают импульсы мощностью 150—300 квт на волне 150—200 м. Продолжительность импульсов 50—100 мксек,  обеспечив рабочее распространение его днем на 600 миль и ночью на 1200 миль.

Передающие станции устанавливаются по три на обслуживаемый район моря, одна средняя(ведущая) управляет работой двух крайних - ведомых Получается две пары станций, каждая пара дает разность расстояний и, следовательно, изолинию —гиперболу. Две изолинии в пересечении дают обсервованную точку.

Цикл передачи начинает ведущая станция, которая посылает импульс, распространяющийся во все стороны: достигнув одной ведомой станции и заставив сработать электрическую схему через промежуток времени t1, и другой станции через t2, является сигналом для посылки сигналов ведомыми станциями, след. ведомые станции посылают свои сигналы с запаздыванием относительно ведущей. Это запаздывание позволит решить, какая из станций расположена ближе к судну. Разность между моментами приема на судне импульсов, приведенных к одному моменту посылки

прямо пропорциональна разности расстояний между суд-ном и излучающими станциями.

Гипербола -кривая, симметричная относительно осей, поэтому для разности расстояний получаются две изолинии.

Современные приемники-индикаторы измеряют разность временно одной микросекунды. В окне автоматического счетчика она показана.

Для нанесения обсервации на карту: на специальные карты, с нанесенными  изолиниями — гиперболами, которые обозначены числом микросекунд, равным разности времен. Судоводитель отыскивает соответствующие изолинии и отмечает точку их пересечения. Для уменьшения графических ошибок изолинии должны пересекались под углом от 30 до 150^е.

Ошибка измерения лежит в пределах 0.2 — 0, 9% расстояния от базиса. Точность ночью и днем на расстоянии до 500 миль одинакова. На расстояниях 500 — 1200 миль точность зависит от утла между нормалью к базису и направлением на судно.

 Минимальное расстояние, на котором не рекомендуется пользоваться РНС-100 миль от центра базиса. (ошибка здесь достигает 1%)

Недостатком импульсной РНС является сложность берегового устройства и судового оборудования.

Фазовые гиперболические РНС (наиболее распространенной является система " Фазовый зонд". Применяется она для дальней навигации(" Декка-Навигатор" ).

Принцип

I. РНС состоит из трех или четырех береговых передающих радиостанций, излучающих волны разной частоты, и приемного устройства на судне( ведущая на 3500-3000 м, ведомые —  в рациональном отношении к ведущей 2/3, 3/4. Ведомые и ведущая станции создают фазовое поле в котором в любой точке можно произвести измерение разности фаз между двумя колебаниями. Разность фаз в точке излучения волны и точке приема, при наличии однородной среды, определяется расстоянием  от точки излучения до точки приема.

Разность фаз состоит из целого числа, равного сумме числа циклов и какой-то части фазы ф1.

Гиперболы изофазы, которые соответствуют нулевой разности фаз, образуют пространство, называемое дорожкой. Число дорожек равно расстоянию между излучающими станциями, деленному на половину длины волны ведущей станции, следовательно, вопрос решается многозначно, и получить изолинию нельзя.

Если в точке на судне была произведена обсервация каким-либо навигационным способом и замечено показание фазометра, то это показание соответствует изолинии. проходящей через точку, перемещении фазометр регистрирует изменение разности фаз и отмечает количество полных циклов. Поэтому, придя во 2-ю точку будет известна дорожка, к которой относится отсчет фазометра, доказывающий изменение разности фаз по которому на карте определяют изолинию — гиперболу точки.

Вторая изолиния определяется по изменению разности фаз второй пары излучающих станций. Для упрощения обычно одна средняя ведущая станция работает на две крайние ведомые. Станции излучают незатухающие волны непрерывно.

Судовое устройство представляет собой приемник с тремя фазоиндикаторами, который зондируется фазовое поле.  Судовое устройство не вносит в фазовое поле искажения, из-за чего обсервации могут получить любое количество судов. В фазовом зонде принимается колебание и после усиления подается на фазоиндикаторы и счетчики фазовых циклов.

Для нанесение обсервованной точки, издаются специальные карты с обозначенными гиперболами, отвечающими значению разности фаз.

Для определения места по шкалам счетчиков дорожек определяют номера дорожек, указанных на карте, и по показаниям разности фаз определяют гиперболы.

 Точка пересечения гипербол дает обсервованное место судна.

Расстояние между излучающими станциями обычно около 100 миль, мощность передатчика станции 1, 5—2 квт, высота антенн — около 100 м, дальность действия днем до 1000, ночью 300 миль. Недостатками рассмотренной РНС следует считать:

а)   необходимость получения обсервации начальной точки
навигационным путем;

б)   непрерывная работа судового устройства;

в)   требование специальных карт.

Средняя квадратическая ошибка обсервации

М=±(√ m²₁ +m²₂)/sinΘ

Θ угол между касательными к гиперболам, который можно снять к полученной точке

т₁ и т₂—смещение касательных к гиперболе вследствие ошибок измерения т'_и и т''_{и .}На определение одной изолинии уходит времени 1—3 мин. Если скорость судна выше 15 узлов, то необходимо измерения приводить к одному моменту, так как в противном случае возникает систематическая ошибка обсервации.

 

19.Теоретические основы применения Спутниковых навигационных систем для определения места судна.

Спутниковая (космическая) навигационная система (СНС) предназначена для высокоточного определения места корабля в любом район Мирового океана, в любое время суток, при любых гидрометеорологическнх условиях с дискретностью, обеспечивающей навигационную без опасность мореплавания. Спутниковая навигационная система включает в себя:

— не менее трех-четырех искусственных спутников Земли (ИСЗ), оснащенных высокоточной радионавигационной аппаратурой и обра­щающихся по выгодно расположенным в пространстве орбитам;

— командно-измерительный комплекс (КИК), размещенный на берегу и обеспечивающий работу ИСЗ, а также функционирование СНС в целом. В состав КИК входят: несколько наземных измерительных пунктов (НИЛ), командно-измерительный пункт (КИП), вычислитель­ный центр и пункт управления (ПУ);

— спутниковую навигационную аппаратуру, (СНА), размещаемую на. корабле, Она состоит из приемной антенны, радиоприемника, СЦВМ (или приемовычислителя), пульта управления, регистрирующего при­зора и прибора питания. К СНА могут быть подключены печатающее устройство для документирования и видеопрокладчик.

При лролете спутника в зоне видимости НИП и КИП (виток 1) производятся траекторные измерения, на основании которых вырабатывается эфемеридная информация (ЭИ) об элементах движения ИСЗ. Эфемеридная информация и информация о точном времени от ПУ через СИП передаются на борт ИСЗ, где записываются запоминающим устройством, а далее передаются в форме специальных радиосигналов а корабль.

При пролете ИСЗ в зоне видимости корабля (например, на витке 2) СНА принимает ИСЗ навигационный сигнал, позволяющий изме­рять навигационные параметры, эфемеридную информацию и информа­цию о времени. Далее в СЦВМ СНА на основе измеренных навига­ционных параметров, информации о движении ИСЗ, поступившей от него, счислимых координат корабля, курса и скорости корабля, высоты антенны СНА вычисляются обсервованные координаты места корабля. В результате вычислений индицируются момент обсервации, обсервованные широта и долгота, элементы сноса; по запросу могут быть по­казаны характеристики качества обсервации и ряд других сведений. В настоящее время действуют ГЛОНАСС (РФ), и СНС НАВСТАР (США)

Орбитой ИСЗ в общем случае является эллипс, в одном из фоку­сов которого находится Земля; если возмущения в поле тяготения от­сутствуют, то плоскость орбиты неподвижна в пространстве, она про­ходит через центр массы Земли;

 движение ИСЗ по орбите происходит неравномерно; в апогее скорость его меньше, а в перигее больше во столько раз, во сколько перигейное расстояние меньше апогейного;

— период обращения ИСЗ по орбите увеличивается по мере уве­личения высоты его полета hn над поверхностью Земли (высоты ор­биты).

При высоте полета h_п=35 900 км период обращения спутника становится равным периоду вращения Земли (звездным суткам), такой спутник называют суточным. Если суточный спутник запущен в плоскости земного экватора и в сторону вращения Земли, то он называется стационарным, так как располагается посто­янно над одной и той же точкой земной поверхности.

Спутник совершающий в течение звездных суток целое число обо­ротов по орбите, будет регулярно появляться над одним и тем же районом Земли в одно и то же местное время; он называется периоди­ческим, или синхронным.

Дальномерный метод обсервации по ИСЗ. Место корабля М может быть определено по расстояниям, измеренным до нескольких ИСЗ или до одного и того же быстро перемещающегося ИСЗ. На рис. по­казан принцип обсервации по расстояниям D 1, D 2, D 3 до ИСЗ. Изоповерхностью равных значений наклонной даль­ности является сфера с центром в той точке орбиты ИСЗ, где он был в момент  измерения дальности, и радиусом, рав­ным D.

При пересечении с поверхностью Земли стадиометрическая изоповерхность образует изостадию – участок изоповерхности. На пересечении трех изостадий и будет обсервованное место судна (М).

Для ОМС необходимы: геоцентрический радиус-вектор приемной антенны r_M = R_M + h_ант, где h_ант - высота антенны СНА над уровнем моря и z – зенитное расстояние ( дополнение геоцентрической широты до 90град.) (см. рис)

Точность обсервации для средних                                             

условий может быть охарактеризована средней квадратической погреш­ностью, определяемой по формуле М₀=1, 4 m _лп /( sinΘ _ср √ ( N -1)), где m _лп = m_D sec h— среднее значение СКП стадиометрической линии

положения;

m_D — СКП измерения наклонной дальности; N — количество измеренных дальностей до ИСЗ; Θ ср — среднее значение угла пересечения стадиометрических линий положения.

Изложенный метод принят в СНС ГЛОНАСС (РФ) и НАВСТАР (США).

 

Принцип действия РЛС.

 Электромагнитные волны в однородной среде распространяются прямолинейно с практически постоянной скоростью 3-10 м/с. Если эти волны имеют длину менее 1 м, они отражаются и рассеиваются любыми телами, электрические свойства которых отличаются от свойств среды, в которой происходит распространение. Такое отражение и рассеивание тем интенсивнее, чем больше размеры препятствий на пути распространения радиоволн и чем выше их электрическая проводимость. Отмеченные два свойства сантиметровых радиоволн позволяют определять расстояние до объектов, встречающихся на их пути, методом измерения времени от момента излучения сигнала до момента приема отраженного от объекта радиоэхо. Промежутки времени в этом случае измеряются миллионными долями секунды — микросекундами. Визуальная индикация таких промежутков возможна только с помощью специального устройства — электронно-лучевой трубки.

В судовых радиолокаторах электромагнитная волна излучается в виде узкого пучка, ширина которого по горизонту к 1°, а по вертикали -25°. Такой поисковый радиолуч вращается по горизонту с угловой скоростью 20—30 об/мин, т. е. примерно Г за 0, 006 с, так что если смотреть на круглый экран электронно-лучевой трубки работающего РЛС в открытом море при отсутствии окружающих судно объектов, то на черном фоне экрана можно видеть равномерно вращающийся светящийся радиус экрана: эту проекцию вращающейся антенны называют разверткой. Длина радиуса развертки соответствует дальности действия РЛС, которая в зависимости от избранного масштаба (шкалы дальности) может переключением специальных тумблеров изменяться от 50-60 миль до долей мили|.

Как только пробегающий по радиусу развертки импульс «наткнется» на отраженный от внешнего объекта эхо-сигнал, так немедленно в этом месте экрана произойдет резкое увеличение свечения экрана. Причем развертка пойдет дальше в своем круговом движении, а засветившаяся точка будет сохранять свое свечение по крайней мере до следующего прихода развертки в эту же точку (явление «после­свечения экрана»). Таким образом на экране РЛС вырисовываются контуры отражающего сигналы объекта, отдельные точки которого можно пеленговать и измерять до них расстояние

РЛС является универсальным      автономным средством,    широко

распространенным на судах. С помощью РЛС возможно решение следующих задач:

•Определение места судна по точечным и пространственным ориентирам путем измерения радиолокационных пеленгов и дистанций;

•Опознавания побережья и глазомерная проводка при плавании в стесненных водах;

•Обнаружение надводных навигационных опасностей (плавучего льда, плавающих предметов, ливневых облаков и снежных зарядов;

•Обнаружение и наблюдение за встречными судами, определение элементов их движения для решения задач схождения и безопасного расхождения с ними;

•Определение маневренных элементов судна (его скорости, элементов поворотливости и инерции).

Навигационные РЛС, сопрягаемые с системами автоматической радиолокационной прокладки (САРП) и автоматизированными комплексами, позволяют, кроме того:

•автоматизировать прокладку линий относительного движения встречных судов, расчеты элементов движения и маневра расхождения с ними;

•осуществлять обсервационную прокладку пути судна при плавании в стесненных условиях на прибрежном плавании;

•непосредственно измерять элементы суммарного сноса судна; 1

0сновные эксплуатационные данные РЛС:

Определение места судна относительно отражающих объектов производится путем измерения направлений с РЛС на объект и расстояние между ними

Р Качество судовой РЛС и ее способность выполнять те или иные навигационные задачи в области судовождения принято оценивать навигационными характеристиками, которые, в свою очередь зависят от технических параметров отдельных узлов станции. К основным эксплуатационным характеристикам судовых РЛС относятся:

•Максимальная дальность действия и обнаружения объектов;

•Минимальная дальность действия и мертвая зона;

•Разрешающие способности РЛС по дальности и направлению;

•Точность измерения расстояний и пеленгования.

Т. Максимальная дальность действия и дальность обнаружения объектов.

В современных РЛС применяются радиоволны сантиметрового диапазона, которые распространяются по законам световых волн с несколько большим коэффициентом рефракции. Поэтому они проникают немного дальше за видимый горизонт, чем световые.

Максимальная дальность действия РЛС определяется радиолокационным горизонтом и может быть найдена по формуле. Др=2, 39√ h_a

где Др - дальность радиолокационного горизонта, мили;

h_a -высота антенны РЛС над уровнем моря, м

2. Минимальная дальность действия РЛС и мертвая зона.

Минимальной дальностью РЛС называется то расстояние до объекта, на котором его отметка на экране не сливается с отметкой своего судна (не более 50 м).

 3. Разрешающая способность РЛС.

 Это способность станции обеспечивать раздельное наблюдение двух объектов, расположеных предельно близко один от другого,. В РЛС с индикатором кругового обзора различают разрешающую способность по дальности и направлению.

 Разрешающая способность по дальности Δ Д определяется как минимальное расстояние между двумя точечными объектами, расположенными в одном направлении и наблюдаемыми раздельно на экране индикатора.

В современных РЛС разрешающая способность по дальности измеряется в пределах 16-20 м и на самых малых шкалах дальности и 120-150 м – на больших шкалах, причем обычно оговаривается, что эти данные получены при вероятности 0, 5.

Разрешающая способность по направлению Δ α определяется как минимальный угол между двумя равноудаленными от станции точечными объектами, при котором они на экране РЛС наблюдается раздельно.

В современных РЛС величина Δ α находится в пределах 0, 8-1, 5^о

 

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: